中国科学院教授、中国科学院分子植物科学优秀创新中心研究员韩斌和该单位研究员赵强的团队首次完成了145种亚洲栽培水稻和普通野生水稻的高精度基因组组装,绘制了迄今为止分辨率最高的“野生水稻栽培水稻泛基因组地图”,系统挖掘了一般野生水稻的广泛遗传多样性,全面分析了亚洲各种种植水稻群的进化和驯化路线,为水稻基因组的辅助繁殖提供了前所未有的遗传资源,为培育优质水稻品种奠定了坚实的科学基础,抗病、抗逆、适应气候变化。
面对世界人口增长和气候问题加剧的双重压力,如何将经过数千年磨练的野生大米的“生存智慧”注入现代品种,培育出兼顾高产潜力和抗病抗逆特点的“超级大米”,已成为解决粮食安全困境的重大课题。
然而,传统的研究模式依赖于单一的参考基因组,就像“窥视天空”一样,只能捕捉水稻遗传多样性的冰山一角。因此,迫切需要建立一个高质量、大规模的野生水稻泛基因组,深入分析其普遍多样性,全面探索其优良的遗传变异宝库,如抗逆性和抗病性。
研究小组整合了129种具有代表性的一般野生水稻和16种亚洲栽培水稻资源,进行了高质量的基因组测序和从零开始组装,并构建了一个泛基因组地图,可以覆盖野生水稻和栽培水稻的全面遗传景观。
研究小组表示,参考基因组级别的栽培水稻野生水稻泛基因组增加了38.7亿次碱基因对,包括69531个基因,其中近20%是野生水稻独有的。这些基因已被证明与抗病防御和环境适应性密切相关。
基因组分析发现,野生水稻中抗病基因的丰富性和多样性明显高于栽培水稻。1184种野生水稻中的复制数量已准确定位为高于栽培水稻的抗病基因位点,包括两种已验证的抗病基因。这些发现进一步验证了野生水稻可以称为作物改良的“战略数据库”,可以为培育抗病抗逆水稻品种提供直接的基因来源。
此外,研究小组还证明,所有亚洲栽培稻的驯化位置都来自粳稻祖先或-IIIa,它为亚洲种植水稻的单一起源假设提供了关键证据。研究小组还发现,南亚种植水稻群之间存在着广泛的基因交流,因此定义了新的种植水稻亚群intro-indica,绘制更全面的稻谷进化与驯化路线图。
一位评论员评论说:“这篇论文所呈现的前所未有的野生水稻基因组装将成为学术鉴定有利于遗传变异的宝贵资源。从这个角度来看,这篇论文意味着作物基因组学的一个显著里程碑。”
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